摘要：生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)是一種新興技術(shù)，設(shè)備的選型及控制系統(tǒng)的設(shè)計均有自己的特點(diǎn)，以河南浚縣新建1×30MW生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)為例，總結(jié)了其設(shè)計特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組；分?jǐn)?shù)控制系統(tǒng)；設(shè)計；系統(tǒng)功能
1、工程概況
河南某公司1×30 MW單級抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組系新建工程，鍋爐為丹麥BWE公司設(shè)計的130t/h振動爐排高溫高壓生物質(zhì)燃料鍋爐，汽輪機(jī)為青島捷能汽輪機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的高溫高壓、一級調(diào)整抽汽、單缸、單軸、抽汽凝汽式汽輪機(jī)，發(fā)電機(jī)為濟(jì)南發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)的空氣冷卻、自并勵靜止勵磁電機(jī)。該工程按照示范電站設(shè)計指導(dǎo)思想設(shè)計，其設(shè)計目標(biāo)是使電廠具有較高的機(jī)組自動化水平，較少的人員編制，以降低電廠的發(fā)電運(yùn)營成本。該工程的設(shè)計燃料為玉米和小麥秸稈。
2、分散控制系統(tǒng)( DCS)設(shè)計
該工程分散控制系統(tǒng)( DCS)采用浙江中控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的ECS-100分散控制系統(tǒng)，它由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)( DAS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)、順序控制系統(tǒng)( SCS)、爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)、電氣控制系統(tǒng)( ECS)及汽輪機(jī)控制系統(tǒng)(DEH)等子系統(tǒng)構(gòu)成，運(yùn)行人員在集控室通過該系統(tǒng)即可實現(xiàn)對機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)視和所屬設(shè)備的控制。吹灰程控、循環(huán)水泵房、公用水泵房、秸稈輸送系統(tǒng)及化學(xué)水處理等輔助系統(tǒng)的控制也已納入分散控制系統(tǒng)( DCS)。機(jī)組能在少量就地操作和巡檢配合下，在單元控制室內(nèi)實現(xiàn)啟停，并能在單元控制室實現(xiàn)機(jī)組的運(yùn)行工況監(jiān)視、調(diào)整、停機(jī)和事故處理。
控制系統(tǒng)是采用ECS - 100組成的開放式系統(tǒng)，采用星形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；各操作站、控制器通過冗余多口交換機(jī)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，網(wǎng)絡(luò)互為熱備用并能實現(xiàn)無擾切換；可以完成節(jié)點(diǎn)間所有數(shù)據(jù)通訊傳輸；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)便于擴(kuò)展。該工程共設(shè)置6套現(xiàn)場過程控制站，包括4套操作員站（包括操作臺）(0PU)、1套汽輪機(jī)控制系統(tǒng)( DEH)操作員站和1套分散控制系統(tǒng)工程師站( ENG)。吹灰程控、循環(huán)水泵房、公用水泵房及秸稈輸送系統(tǒng)等納入分散控制系統(tǒng)( DCS)并在集控室操作員站進(jìn)行監(jiān)控，綜合考慮化學(xué)水處理系統(tǒng)與主體系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)以及空間布置，將化學(xué)水處理系統(tǒng)操作員站設(shè)置在就地化學(xué)補(bǔ)給水處理室。每個操作員站都是冗余通訊總線上的1個點(diǎn)，都有獨(dú)立的冗余通訊處理模件，分別與冗余的通訊總線相連。工程師站通過通訊總線，既可調(diào)出系統(tǒng)內(nèi)任一分散處理單元( DPU)的系統(tǒng)組態(tài)信息和有關(guān)數(shù)據(jù)，又可使需方人員將組態(tài)數(shù)據(jù)從工程師站上下載到各分散處理單元和操作員站。
該工程單元機(jī)組共設(shè)置8對分散處理單元( DPU)，分散布置于9面分散控制系統(tǒng)(DCS)機(jī)柜內(nèi)，每個分散處理單元( DPU)均具有2個冗余網(wǎng)絡(luò)接口( RJ45)直接接入以太網(wǎng)。分散處理模件均冗余配置，一旦某個工作的處理器模件發(fā)生故障，系統(tǒng)能自動地以無擾方式快速切換至與其冗余的處理器模件，并在操作員站報警。當(dāng)故障處理器修復(fù)后，系統(tǒng)自動進(jìn)行狀態(tài)拷貝并使其在冗余方式下運(yùn)行。分散控制系統(tǒng)( DCS)的通訊使用8個16口的交換器( Switch Hub)分成3個網(wǎng)絡(luò)；集控室內(nèi)電子設(shè)備間配置2對交換器組成網(wǎng)絡(luò)A，化學(xué)水處理系統(tǒng)的補(bǔ)給水處理車間配置2個交換器組成網(wǎng)絡(luò)B，集控室及化學(xué)補(bǔ)給水處理室合用1對交換器組成網(wǎng)絡(luò)C；網(wǎng)絡(luò)A，B組成互為冗余的控制網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)C組成單獨(dú)的操作網(wǎng)；秸稈輸送系統(tǒng)設(shè)置1臺遠(yuǎn)程I/O站通過光纜接入網(wǎng)絡(luò)A。以上的網(wǎng)絡(luò)配置大大增強(qiáng)了控制網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動能力及控制系統(tǒng)的安全性。
3、主要控制系統(tǒng)功能
3.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)( DAS)連續(xù)采集和處理所有與機(jī)組有關(guān)的重要測點(diǎn)信號及設(shè)備狀態(tài)信號，并及時向操作人員提供有關(guān)的運(yùn)行信息，使機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。機(jī)組一旦發(fā)生異常工況，能夠及時報警，便于及時檢修，利于提高機(jī)組的可利用率。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)( DAS)主要包括顯示、制表記錄、歷史數(shù)據(jù)存儲和檢索及性能計算等功能。其中顯示功能包括操作顯示、概貌顯示及功能組顯示等子功能；記錄功能包括運(yùn)行人員操作記錄、事件順序記錄( SOE)及保護(hù)動作記錄等功能；性能計算功能包括機(jī)組凈熱耗率計算、汽輪發(fā)電機(jī)組循環(huán)性能計算等功能。
3.2模擬量控制系統(tǒng)(MCS)
模擬量控制系統(tǒng)或稱閉環(huán)控制系統(tǒng)，是機(jī)組最重要的控制系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)完成單元機(jī)組及輔機(jī)系統(tǒng)的模擬量自動調(diào)節(jié)控制，它將鍋爐一汽輪機(jī)一發(fā)電機(jī)作為一個單元整體進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，使鍋爐和汽機(jī)同時響應(yīng)控制要求，確保機(jī)組快速適應(yīng)負(fù)荷變化，并保持穩(wěn)定運(yùn)行。該工程的模擬量控制系統(tǒng)主要包括機(jī)組協(xié)調(diào)主控、送風(fēng)控制、爐膛壓力控制、燃料控制和給水控制等系統(tǒng)。其中協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)包括爐跟機(jī)、機(jī)跟爐、機(jī)爐協(xié)調(diào)和機(jī)爐手動4種運(yùn)行方式，以滿足機(jī)組各種運(yùn)行工況的要求，另外，該系統(tǒng)還承擔(dān)單參數(shù)回路的自動調(diào)節(jié)任務(wù)。
3.3順序控制系統(tǒng)(SCS)
順序控制即開環(huán)邏輯控制，是機(jī)組主要控制系統(tǒng)之一。其任務(wù)是按照各設(shè)備的啟停運(yùn)行要求及運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)邏輯判斷發(fā)出操作指令，對機(jī)組主要設(shè)備組或子組進(jìn)行順序啟停，同時，該系統(tǒng)根據(jù)工藝系統(tǒng)要求實施聯(lián)鎖與保護(hù)。
該期工程順序控制以子組級自動化水平為主，同時具備手動、自動以及驅(qū)動級的各種運(yùn)行操作模式，主要順控系統(tǒng)包括送風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、空預(yù)器系統(tǒng)、秸稈燃燒系統(tǒng)及秸稈輸送系統(tǒng)等。
3.4爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)
爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)是機(jī)組重要的控制保護(hù)系統(tǒng)之一。它連續(xù)監(jiān)視鍋爐在各種工況下的運(yùn)行狀態(tài)，隨時進(jìn)行邏輯判斷，并在出現(xiàn)異常工況時發(fā)出報警、相關(guān)輔機(jī)的啟、停及停爐指令。它通過一系列的聯(lián)鎖條件，按照預(yù)定的邏輯順序?qū)τ嘘P(guān)設(shè)備進(jìn)行控制。主要包括爐膛吹掃、火焰檢測和滅火保護(hù)、爐膛壓力保護(hù)、主燃料跳閘及停爐后吹掃等功能。
3.5電氣監(jiān)控系統(tǒng)(ECS)
電氣監(jiān)控系統(tǒng)( ECS)由信號監(jiān)測、邏輯控制和出口繼電器轉(zhuǎn)換部分組成。控制系統(tǒng)能夠?qū)λ械碾姎庠O(shè)備實現(xiàn)安全可靠的軟手操，同時提供必要的順序控制及閉鎖功能。閉鎖功能保持在有效狀態(tài)，操作人員無法人工切除，可保證電氣系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。監(jiān)控系統(tǒng)主要對發(fā)電機(jī)變壓器組、發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)、高壓廠用電源、低壓廠用電源、不停電電源系統(tǒng)、直流系統(tǒng)及380 V廠用電系統(tǒng)等系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。自動準(zhǔn)同期裝置( ASS)、自動勵磁調(diào)節(jié)器( AVR)、廠用電快速切換裝置等采用獨(dú)立于分散控制系統(tǒng)( DCS)的專用裝置，也可接收分散控制系統(tǒng)( DCS)遠(yuǎn)方投入／退出等信號。
3.6燃料輸送系統(tǒng)
燃料輸送系統(tǒng)由卸料系統(tǒng)、儲料系統(tǒng)、上料系統(tǒng)組成。輸料系統(tǒng)采用分散控制系統(tǒng)( DCS)控制和就地控制2種控制方式，帶式輸送機(jī)與分配帶聯(lián)鎖控制，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備均設(shè)聯(lián)鎖保護(hù)。該系統(tǒng)采用全廠閉路電視系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。
3.7化學(xué)水程控系統(tǒng)
該工程化學(xué)水處理控制系統(tǒng)納入分散控制系統(tǒng)( DCS)�？刂普�、調(diào)試終端及操作員工作站布置于鍋爐補(bǔ)給水處理控制室，運(yùn)行人員通過鍵盤或鼠標(biāo)在LCD上即可實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的監(jiān)控�；瘜W(xué)水處理控制系統(tǒng)作為分散控制系統(tǒng)( DCS)的一個子站與分散控制系統(tǒng)( DCS)相連，該系統(tǒng)應(yīng)留有與汽水取樣系統(tǒng)的冗余以太網(wǎng)通訊接口。加藥系統(tǒng)配有獨(dú)立的控制柜，為實現(xiàn)全自動運(yùn)行，留有冗余的以太網(wǎng)接口�？刂品绞讲捎贸炭�、遙控及就地操作相結(jié)合的方式，并能相互切換。
4、結(jié)束語
控制系統(tǒng)的功能是在采用浙大中控公司的FW135P組態(tài)及編程軟件的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)的控制邏輯組態(tài)后實現(xiàn)的；通過冗余配置的以太網(wǎng)絡(luò)，提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率和傳輸?shù)目煽啃�；通過以太網(wǎng)接口與MIS網(wǎng)相連，可向MIS系統(tǒng)實時傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行和生產(chǎn)管理的一體化，從而實現(xiàn)了整個生產(chǎn)過程的自動化控制。
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